高海拔地區(qū)長隧洞高壓進洞供電技術(shù)研究

郭俊波，彭 健，肖夢奇

（中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，610036，成都）

高海拔地區(qū)長隧洞高壓進洞供電技術(shù)研究

郭俊波，彭 健，肖夢奇

（中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，610036，成都）

隨著隧洞進深加長，低壓進洞不能滿足施工要求，根據(jù)用電情況結(jié)合高海拔缺氧地區(qū)降效問題，研究高壓進洞技術(shù)，確定變壓器容量及電纜規(guī)格。實踐證明，在距離洞口一定長度后，采用干式變壓器進洞，解決了電壓不足、電氣設(shè)備無法啟動等問題，確保了隧洞正常施工。詳細(xì)介紹了高壓進洞設(shè)計方法和相關(guān)技術(shù)措施，為類似工程提供設(shè)計和施工經(jīng)驗。

高海拔；長隧洞；高壓進洞；供電技術(shù)；拉洛水利樞紐

一、工程概況

德羅引水隧洞緊接進水口布置，采用無壓引水方式，標(biāo)準(zhǔn)段斷面為馬蹄形。隧洞設(shè)置3條施工支洞，其中#1施工支洞布置在進口段，與主洞交點樁號為Y0+060，長158.2 m，承擔(dān)進口段鉆爆開挖和襯砌施工任務(wù)。#2施工支洞布置在德羅隧洞中上段，與主洞交點樁號為Y2+407.12，長643.37 m，承擔(dān)隧洞中上段鉆爆開挖和襯砌施工任務(wù)。#3施工支洞布置在德羅隧洞中段，與主洞交點樁號為Y4+ 702.97，長341.48 m，承擔(dān)隧洞中下段鉆爆開挖和襯砌施工任務(wù)。施工支洞均采用城門洞形斷面，斷面尺寸4.0 m×4.2 m（寬×高）。

二、高壓進洞設(shè)計

由各支洞口變壓器接引，線路采用380V/220V三相五線制配電?，F(xiàn)場采用380V低壓供電，設(shè)配電總箱，內(nèi)有計量設(shè)備，采用TN-S系統(tǒng)供電。

根據(jù)德羅隧洞洞挖特點和工作面布置情況，擬在各支洞洞口布置箱式變壓器，在進洞超過800 m時采取高壓進洞方式布設(shè)用電線路，擬布置干式箱變，并通過高壓電纜與洞口高壓計量器連接。

根據(jù)施工現(xiàn)場用電設(shè)備布置情況，洞外導(dǎo)線采用穿鋼管埋地敷設(shè)，洞內(nèi)導(dǎo)線采用架空布置，采用三級配電，兩極漏電保護。按照《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 46—2005）規(guī)定，接地電阻R≤4Ω。

1.計算概念

供電負(fù)荷的大小，并不等于施工現(xiàn)場所有用電設(shè)備的額定容量之和，在實際施工過程中所有設(shè)備并不同時運行，運行中的設(shè)備也不一定都達(dá)到其最大額定負(fù)荷，而且各種機械設(shè)備的功率因素不同。

2.計算方法

負(fù)荷計算是根據(jù)已確定的用電設(shè)備容量，采用一定計算方法算出相應(yīng)的計算負(fù)荷，作為選擇供配電系統(tǒng)的配電變壓器、線路和保護元件的依據(jù)，計算負(fù)荷的方法有很多種，對施工用電常采用需要系數(shù)法，計算簡便，計算結(jié)果比較接近，適用同組用電設(shè)備臺數(shù)較多、多臺設(shè)備容量相差不太懸殊的配電干線的負(fù)荷計算。

經(jīng)計算：

①#1支洞、德羅隧洞進口和德羅隧洞主洞K0+000～K1+600，總的有功功率為491.85kVA，總的無功功率為415.99 kvar，總的視在功率為644.18 kVA，總的計算電流為978.76A。

②#2支洞、德羅隧洞主洞K1+600～K3+300，總的有功功率為777.83kVA，總的無功功率為615.88kvar，總的視在功率為992.13kVA，總的計算電流為1 507.43A。

③#3支洞、德羅隧洞主洞K3+300～K6+000，總的有功功率為719.33 kVA，總的無功功率為579.53 kvar，總的視在功率為923.74 kVA，總的計算電流為1 403.52 A。

④交通洞、壓力前池和德羅隧洞主洞K6+000～K7+520，總的有功功率為 459.68 kVA，總的無功功率為391.85 kvar，總的視在功率為604.03 kVA，總的計算電流為917.76 A。

3.變壓器選擇

根據(jù)計算總的視在功率，選擇三相電力變壓器。其中#1支洞、德羅隧洞進口和德羅隧洞K0+000～K1+600用電設(shè)備總的視在功率為 644.18 kVA，在支洞口設(shè)置800 kVA變壓器能夠滿足施工要求；#2支洞、德羅隧洞K1+600～K3+300用電設(shè)備總的視在功率為992.13 kVA，在支洞口設(shè)置1 250 kVA變壓器能夠滿足施工要求；#3支洞、德羅隧洞K3+300～K6+ 000用電設(shè)備總的視在功率為923.74 kVA，在支洞口設(shè)置1 000 kVA變壓器能夠滿足施工要求；交通洞、壓力前池和德羅隧洞K6+000～K7+520用電設(shè)備總的視在功率為604.03 kVA，在支洞口設(shè)置800 kVA變壓器能夠滿足施工要求。

在隧洞沿線提供10 kV接線點，根據(jù)工程需要德羅隧洞施工區(qū)共設(shè)4個變壓器?？紤]各工作面負(fù)責(zé)洞段上下游過長，在進支洞加主洞0.8 km后，采用高壓進洞，共設(shè)置6臺315 kVA的SCB10干式變壓器。各部位變壓器負(fù)責(zé)洞內(nèi)開挖支護、照明、焊接、抽排水、通風(fēng)、裝渣機械及混凝土澆筑設(shè)備用電，#6變電站兼顧德羅隧洞拌和系統(tǒng)用電。具體見表1。

表1 德羅隧洞施工變壓器布置

4.變壓器安裝

考慮洞內(nèi)施工車輛的影響及隧洞斷面大小，變壓器計劃放于避車洞內(nèi)，安裝前做好噴錨支護。臺座根據(jù)變壓器尺寸制作，除預(yù)留一個防護木門外，兩端采用18號螺紋鋼防護，高度為3 m，并設(shè)安全警示標(biāo)志以加強其安全性。

5.高壓電纜選擇計算

高壓電纜主要考慮進洞變壓器高壓電纜，德羅引水隧洞洞內(nèi)距離大于800 m時設(shè)置315 kVA變壓器，共計6臺。

根據(jù)公式

其中，θn為電纜線芯允許長期工作溫度，假設(shè)取90℃；θa為敷設(shè)處環(huán)境溫度，假設(shè)取50℃；θc為截流量數(shù)據(jù)的對應(yīng)溫度，假設(shè)取40℃。

得K1≈0.894，敷設(shè)方式校正系數(shù)K2＝0.66。由此K＝K1×K2≈0.59。

對照電纜線載流量表，電纜3×70 mm2最大載流量為160 A，則Id＝Imax× K＝160×0.59＝94.4A＞Igax＝18.2 A。

按允許電壓降計算△V＝5%，ρ＝0.02，L＝800～1 700 m，S≥1.73×ρ×L＝1.73×18.2×0.02×1 700×5%＝53.53 mm2。

經(jīng)驗算，3×70 mm2電纜截面滿足要求。在采購電纜時應(yīng)選擇絕緣性能好、載流量大、敷設(shè)水平高差不受限制的交聯(lián)聚乙烯鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。

三、用電技術(shù)措施

①編制臨時施工用電施工組織，建立健全用電管理機構(gòu)，組織好運行維護班組，明確管理機構(gòu)與專業(yè)班組的職責(zé)。

②現(xiàn)場施工用電，采用三相五線制，做好重復(fù)接地，設(shè)備做好保護接零。

③禁止使用絕緣性差的電線，嚴(yán)禁亂拉亂扯，線路架設(shè)要牢固，確保安全。

④配電箱要做好防潮、防雨并做好接零保護。

⑤電動施工機械和手持電動機械的負(fù)荷線，選用無接頭的多股銅芯橡皮套軟電纜。

⑥安裝及拆除臨時用電工程，經(jīng)專職安全負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后，必須由電工完成，其他人員不得擅自施工。

⑦購置的設(shè)備必須符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行專人專機負(fù)責(zé)制，定期檢查維修，施工現(xiàn)場臨時用電每周檢查一次，漏電保護器每天使用開關(guān)試測一次，不合格嚴(yán)禁繼續(xù)使用。

⑧洞內(nèi)變壓器放置于避車洞位置，確保無積水、無長流水、洞壁無滲水，洞內(nèi)干燥。

⑨電纜布置時采用轉(zhuǎn)盤放線、人工抬線的方式，不能采用機械拖線、轉(zhuǎn)盤滾線的方式。

⑩大型用電設(shè)備不可同時啟動，否則會導(dǎo)致啟動電流過大，造成設(shè)備無法啟動或供電設(shè)備損壞。

四、防火技術(shù)措施

①施工組織設(shè)計時要根據(jù)電氣設(shè)備的用電量正確選擇導(dǎo)線截面，從理論上杜絕線路過負(fù)荷使用，保護裝置要認(rèn)真選擇，當(dāng)線路長期過負(fù)荷使用時，能在規(guī)定時間內(nèi)動作保護線路。

②導(dǎo)線架空敷設(shè)時其安全間距必須滿足規(guī)范要求，當(dāng)配電線路采用熔斷器作短路保護時，熔體額定電流一定要小于電纜或穿管絕緣導(dǎo)線允許載流量的 2.5倍，或明敷絕緣導(dǎo)線允許載流量的1.5倍。經(jīng)常教育用電人員正確執(zhí)行安全操作規(guī)程，避免作業(yè)不當(dāng)造成火災(zāi)。

③電氣操作人員要認(rèn)真執(zhí)行規(guī)范，正確連接導(dǎo)線，接線柱要壓牢、壓實。各種開關(guān)觸頭要壓接牢固。銅鋁連接時要有過渡端子，多股導(dǎo)線要用端子或涮錫后再與設(shè)備安裝，以防加大電阻引起火災(zāi)。

④配電室的耐火等級要大于三級，室內(nèi)配置砂箱和絕緣滅火器。嚴(yán)格執(zhí)行變壓器的運行檢修制度，按季度每年進行4次停電清掃和檢查?，F(xiàn)場的電動機嚴(yán)禁超載使用，電機周圍無易燃物，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

⑤施工現(xiàn)場內(nèi)嚴(yán)禁使用電爐、碘鎢燈時，燈與易燃物間距要大于30 cm，不準(zhǔn)使用功率超過100 W的燈泡。

五、結(jié) 語

在長隧洞施工中會經(jīng)常遇到電壓不足、機器無法啟動等問題，采取高壓進洞方案解決了施工用電問題，達(dá)到了預(yù)期效果。結(jié)合高海拔缺氧條件，通過計算合理選擇變壓器和電纜，并形成一套完整的用電管理措施，此次高壓進洞設(shè)計應(yīng)用于現(xiàn)有最高海拔小斷面長隧洞中，確保了進度目標(biāo)的完成，同時保證隧洞施工安全，創(chuàng)造了經(jīng)濟效益?！?/p>

[1]曾旻，楊龍龍.長距離隧道高壓進洞設(shè)計[J].公路交通科技，2015(5).

[2]姜保明.特長隧道洞內(nèi)供電施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013(8).

[3]王得林，嚴(yán)少發(fā).隧道高壓進洞的關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道建筑，2009(12).

責(zé)任編輯 張瑜洪

Technologies of high-voltage power supply for long tunnel in high-altitude locality

Guo Junbo，Peng Jian，Xiao Mengqi

Low-voltage power supply cannot meet the requirement of tunneling along with deepening of tunnel excavation in high-altitude locality.Technologies of high-voltage power supply?for long tunnel are studied by taking the electricity utilization and potential deficiency as a result of high altitude into consideration,which helps to determine the transformer capacityand cable specification.When the tunnel gets longer and deeper,drytype transformer should be employed for?preventing under-voltage and failure of electrical equipment,in order to keep normal tunnel excavation.Design and technologies involved with high-voltage power entering into?tunnel are introduced in detail,which shall provide experiences for similar projects.

high-altitude;long tunnel;high-voltage water supply for long tunnel;power supply technology; Laluo Multipurpose Hydraulic Project

TV512

B

1000-1123（2016）20-0060-02

2016-10-18

郭俊波，工程師。